数字滤波与连续系统离散化.ppt

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1、微型计算机控制技术数字滤波与连续系统离散化计算机控制系统中的数据处理滤波、标度变换、逻辑判断、非线性补偿...计算机数据处理的优点可用程序代替硬件电路，完成多种运算能自动修正误差能对被测参数进行较复杂的计算和处理容易进行复杂的逻辑判断精度高，稳定可靠，不受外界干扰控制系统的本质根据目标和特性给出满意的控制信号（稳、准、快）数字滤波的优点无需增加任何硬件设备系统可靠性高，不存在阻抗匹配问题可多通道共享，从而降低了成本可以对频率很低(如0.01Hz)的信号进行滤波使用灵活、方便，可根据需要选择不同的滤波方法，或改变滤波器的参数

2、在计算机控制系统中得到广泛的应用数字滤波的方法数字滤波的几种常用方法：（1）程序判断滤波（2）中值滤波（3）算术平均值滤波（4）加权平均值滤波（5）滑动平均值滤波（6）RC低通数字滤波（7）复合数字滤波程序判断滤波方法：根据生产经验，确定出相邻两次采样信号之间可能出现的最大允许偏差△Y。若两次采样信号之间的偏差超过△Y：则表明该输入信号是干扰信号，去掉。小于△Y：将信号作为本次采样值。应用场合：当采样信号由于随机干扰，如大功率用电设备的启动或停止，造成电流的尖峰干扰或误检测，以及变送器不稳定而引起的严重失真等，可采用程序判

3、断法进行滤波。限幅滤波限速滤波限速滤波算术平均值滤波算术平均值滤波是要寻找一个Y(k)，使该值与各采样值间误差的平方和为最小，即由一元函数求极值原理，得式(7-3)(7-3)式中，(k)—第k次N个采样值的算术平均值；(i)—第i次采样值；N—采样次数。加权平均值滤波为提高滤波效果，将各采样值取不同的比例，求其和作为滤波结果，称为加权平均法。式中C0、Cl、…、Cn-l均为常数项，应满足下列关系：式中C0、Cl、C2、…、Cn-l为各次采样值的系数滑动平均值滤波采用滑动平均值滤波法，可加快平均滤波的速度。作法：在RAM中建

4、立一个数据缓冲区，依顺序存放N次采样数据，每采进一个新数据就将最早采集的那个数据丢掉，而后求包括新数据在内的N个数据的算术平均值或加权平均值。每一次采样，就可计算出一个新的平均值。RC低通数字滤波模拟低通滤波器的传递函数RC低通滤波器实际上是一个一阶滞后滤波系统离散化后，可得这种方法在实际工程中最常用连续域设计，之后离散化。复合数字滤波为进一步提高滤波效果，可以把两种或两种以上不同滤波功能的数字滤波器组合起来，组成复合数字滤波器，或称多级数字滤波器。算术平均滤波/加权平均滤波+中值滤波若X(1)≤X(2)≤…≤X(N),3

5、≤N≤14把采样值经过低通滤波后，再经过一次高通滤波各种数字滤波性能的比较滤波效果变化比较慢的参数用程序判断滤波及一阶滞后滤波变化比较快的脉冲参数可选择算术平均和加权平均滤波法，要求比较高的系统，需要用复合滤波法在算术平均滤波和加权平均滤波中，其滤波效果与所选择的采样次数N有关滤波时间在考虑滤波效果的前提下，应尽量采用执行时间比较短的程序，若计算机时间允许，可采用效果更好的复合滤波程序连续域—离散化设计方法计算机控制系统的设计方法经典方法现代控制理论方法经典方法连续域—离散化设计利用熟悉的各种连续域设计方法设计出令人满意的

6、连续域控制器，然后将控制器离散化，离散化过程较为简单离散域设计在离散域建立对象离散模型，直接在离散域进行设计。设计原理和设计步骤1根据系统的性能，选择采样频率。2根据系统的性能指标和连续域设计方法，设计数字控制算法等效传递函数。3选择合适的离散化方法，获得脉冲传递函数D(z)，使两者性能尽量等效。4检验计算机控制系统闭环性能。若满足指标要求，进行下一步；否则，重新进行设计。5将D(z)变为数字算法，在计算机上编程实现。各种离散化方法一阶向后差分法离散化公式实质将连续域中的微分用一阶向后差分替换s与z的变换关系一阶向前差分法

7、离散化公式实质将连续域中的微分用一阶向前差分替换s与z的变换关系双线性变换法（Tustin变换法）离散化公式实质将梯形面积近似代替积分s与z的变换关系双线性变换法（Tustin变换法）双线性变换法（Tustin变换法）双线性变换法（Tustin变换法）T=1sT=0.2s